لماذا يفشل متوسط ​​بطارية الليثيوم بعد التخزين الطويل؟

غالبًا ما تتصرف بطارية الليثيوم التي تظل غير مستخدمة لعدة أشهر بشكل مختلف عن تلك المستخدمة يوميًا.

يفترض الكثير من الناس أن البطاريات تبلى بشكل رئيسي خلال دورات الشحن. ومع ذلك، داخل تصنيع تخزين الطاقة، تؤدي ظروف التخزين طويلة المدى إلى إتلاف عدد كبير من الخلايا قبل وقت طويل من أن تصبح دورة الحياة هي المشكلة الرئيسية.

تظهر هذه المشكلة بشكل متكرر مع بطارية ليثيوم متوسطة وخاصة في أنظمة الطاقة الاحتياطية، ومعدات الطاقة الشمسية الموسمية، ومحطات الطاقة المحمولة، والمنتجات المخزنة في المستودعات لفترات طويلة.

في الواقع، تفقد بعض البطاريات ثباتها بشكل أسرع عندما تكون غير نشطة مقارنةً بالاستخدام اليومي المعتدل.

تخزين الجهد المنخفض يخلق أضرارًا مخفية

أحد سوء الفهم الشائع حول بطارية الليثيوم المتوسطة هو أن استنزاف البطارية بالكامل قبل التخزين يساعد في الحفاظ على العمر الافتراضي.

في الواقع، تتفاعل كيمياء الليثيوم بشكل سيئ مع ظروف الجهد المنخفض الممتدة.

عندما يظل جهد الخلية منخفضًا جدًا لفترات طويلة، يصبح النشاط الكيميائي الداخلي غير مستقر. قد يتم إعادة شحن البطارية لاحقًا، لكن التحلل المجهري يتطور بالفعل داخل الأقطاب الكهربائية.

وهذا يؤدي في بعض الأحيان إلى:

• انخفاض القدرة
• شحن غير مستقر
• زيادة المقاومة الداخلية
• توليد الحرارة بشكل غير طبيعي
• تقصير دورة الحياة

في الواقع، تبدأ العديد من حالات فشل البطاريات المتعلقة بالتخزين بهدوء قبل أشهر من ملاحظة المستخدمين لتغيرات واضحة في الأداء.

يحدث الشيخوخة بسبب درجات الحرارة المرتفعة حتى بدون الاستخدام

لا تزال بطارية الليثيوم المتوسطة غير المستخدمة تتعرض للشيخوخة الكيميائية أثناء تخزينها.

تؤثر درجة الحرارة بقوة على مدى سرعة تطور الشيخوخة. غالبًا ما تصبح المستودعات والمركبات وخزائن المعدات المغلقة أكثر سخونة مما يتوقعه الناس، خاصة خلال فصل الصيف.

في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة، تتحلل المواد الإلكتروليتية الموجودة داخل البطارية تدريجيًا حتى بدون الشحن أو التفريغ النشط.

يصبح هذا ملحوظًا بشكل خاص في:

• أنظمة النسخ الاحتياطي للطاقة الشمسية
• محطات الطاقة المحمولة
• تخزين الطاقة للمركبات الترفيهية
• المعدات الاحتياطية الصناعية
• الأجهزة الإلكترونية في الهواء الطلق

في الواقع، يؤثر التعرض للحرارة أثناء التخزين أحيانًا على صحة البطارية على المدى الطويل أكثر من دورات التشغيل العادية.

يتغير توازن الخلايا ببطء أثناء عدم النشاط

داخل العديد من حزم البطاريات، يحتوي نظام بطارية الليثيوم المتوسط على خلايا متعددة متصلة ببعضها البعض.

وبمرور الوقت، تنحرف تلك الخلايا بشكل طبيعي عن بعضها بعضًا في توازن الجهد أثناء بقائها غير مستخدمة. تحدث هذه العملية ببطء، ولكن بعد التخزين الممتد، قد تنخفض الخلايا الأضعف إلى ما دون جهد التشغيل المستقر قبل الخلايا المجاورة.

بمجرد زيادة عدم التوازن بشكل كبير، يواجه نظام إدارة البطارية أحيانًا صعوبة في استعادة سلوك الشحن الموحد بشكل آمن.

وهذا يخلق مشاكل مثل:

• سرعة شحن غير متساوية
• انخفاض القدرة القابلة للاستخدام
• سلوك التفريغ غير المستقر
• إيقاف الحماية المبكر
• تقلبات الجهد غير طبيعية

في الواقع، غالبًا ما تفشل حزم البطاريات لأن خلية واحدة ضعيفة تؤدي تدريجيًا إلى زعزعة استقرار المجموعة بأكملها.

تؤثر الرطوبة بهدوء على حزم البطاريات المخزنة

يعتقد الكثير من الناس أن الرطوبة تمثل مشكلة أثناء الاستخدام النشط في الهواء الطلق.

قد تتعرض بطارية الليثيوم المتوسطة المخزنة في ظروف رطبة أيضًا إلى تدهور تدريجي حول المحطات الطرفية أو دوائر الحماية أو أقسام الموصل. يتطور التآكل ببطء وغالبًا ما يظل غير مرئي خلال المراحل المبكرة.

ويصبح هذا أكثر شيوعًا في البيئات الساحلية أو أماكن التخزين سيئة التهوية.

بمرور الوقت، قد يؤثر التعرض للرطوبة على:

• الموصلية الطرفية
• مقاومة الموصل
• موثوقية ثنائي الفينيل متعدد الكلور
• استقرار العزل
• اتساق الشحن

في الواقع، تبدو بعض حزم البطاريات طبيعية كهربائيًا إلى أن تؤدي زيادة المقاومة لاحقًا إلى تسخين غير متوقع أثناء الشحن.

دوائر الحماية تتقادم أيضًا أثناء التخزين

تعتمد حزم البطاريات الحديثة بشكل كبير على أنظمة الحماية الداخلية.

تتضمن بطارية الليثيوم المتوسطة عادةً دوائر مراقبة مصممة للتحكم في الشحن والتفريغ وحماية درجة الحرارة وموازنة الجهد. تعاني هذه الأقسام الإلكترونية نفسها من الشيخوخة خلال فترات طويلة من عدم النشاط.

تتفاعل المكثفات ومفاصل اللحام ومكونات الاستشعار تدريجيًا مع الضغوط البيئية حتى عندما لا تعمل البطارية على تشغيل المعدات بشكل فعال.

وهذا هو السبب وراء ظهور مشكلات في الاتصال أو الشحن في بعض حزم البطاريات المخزنة القديمة على الرغم من بقاء خلايا الليثيوم نفسها مستقرة نسبيًا.

في كثير من الحالات، يكون عمر الأجهزة الإلكترونية المحيطة بالبطارية أقدم من عمر خلايا الطاقة الموجودة بداخلها.

الشحن الكامل المتكرر ليس دائمًا أفضل

يقوم الكثير من المستخدمين بإعادة شحن بطارية الليثيوم المتوسطة بشكل دوري إلى 100٪ أثناء التخزين لأنه من الآمن إبقاء البطارية ممتلئة تمامًا.

ومع ذلك، داخل أنظمة الليثيوم، يؤدي الحفاظ على الحد الأقصى من الجهد بشكل مستمر أيضًا إلى زيادة الإجهاد الكيميائي على المدى الطويل. يعمل التخزين العالي لحالة الشحن على تسريع بعض تفاعلات الشيخوخة داخل الخلية.

وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل الشركات المصنعة توصي في كثير من الأحيان بمستويات شحن تخزين معتدلة بدلاً من ظروف الشحن الكاملة لفترات طويلة من عدم النشاط.

في الواقع، تتحمل بطاريات الليثيوم بشكل عام التخزين المعتدل المتوازن بشكل أفضل من حالات الجهد المنخفض للغاية أو العالي للغاية.

البطاريات المخزنة تتقادم بهدوء قبل ظهور المشاكل

يتطور العديد من تلف بطاريات الليثيوم تدريجيًا وليس فجأة.

قد تستمر بطارية الليثيوم المتوسطة في تشغيل الأجهزة بشكل طبيعي لعدة أشهر قبل أن يصبح انخفاض وقت التشغيل أو التسخين أو عدم استقرار الشحن ملحوظًا في النهاية. بحلول تلك المرحلة، غالبًا ما تكون عملية الشيخوخة الداخلية تتقدم بهدوء لفترة طويلة.

وينطبق هذا بشكل خاص على أنظمة تخزين الطاقة التي تقضي جزءًا كبيرًا من العام في وضع الاستعداد بدلاً من التشغيل المستمر.

الجزء الصعب في تخزين البطاريات هو أن الخلايا يمكن أن تبدو طبيعية تمامًا من الخارج بينما تتغير الكيمياء الداخلية ببطء تحت درجة الحرارة والجهد والضغط البيئي.

ولهذا السبب فإن موثوقية البطارية على المدى الطويل لا تعتمد فقط على كيفية استخدام البطارية، ولكن أيضًا على كيفية قضائها للفترات التي لا يستخدمها فيها أحد على الإطلاق.